粗泥沙减少最多,中泥沙次之,细泥沙最少。
1.4.2粗泥沙比例相对减少,细泥沙比例相对增加
各分组沙量的不均匀减少造成泥沙组成发生变化。
龙门站中泥沙占全沙比例变化较小,细泥沙增加较多,由1968年前的占44%增加到近60%,粗泥沙减少较多,由28%减少到仅仅16%;潼关细泥沙占全沙的比例同样增加,由54%增加到61%,中泥沙、粗泥沙的比例减少值相差不大。
黄河中游干流汛期不同时期各分组沙量多年平均值表
站名
时期
沙量(亿t)
占全沙比例(%)
全沙
细沙
中沙
粗沙
细沙
中沙
粗沙
龙门
1960~1968
44
28
28
1969~1986
47
27
26
1987~1996
59
25
16
潼关
1961~1968
54
28
18
1969~1986
57
26
17
1987~1996
61
25
14
1.4.3泥沙中值粒径均有所减小,来沙细化
1960~1995年,黄河龙门、潼关站汛期中值粒径d50都明显变小,其中龙门变化最大,减少近0.01mm。
而中游各主要粗泥沙产沙支流的多年平均中值粒径d50也都减小了,尤其进入90年代以后,来沙细化十分显著。
黄河中游干支流主要控制站汛期中值粒径d50变化表(单位:
mm)
时期
中值粒径d50
时期
中值粒径d50
龙门
潼关
孤山川
窟野河
无定河
1960~1968
1966~1969
1969~1986
1970~1979
1987~1995
1980~1989
1990~1995
1960~1995
1966~1995
1.4.4泥沙组成规律也发生了变化
该河段来沙量越大,粗泥沙比例越高,来沙量越小,细沙比例越高,7~8月份的泥沙较9~10月稍细。
这是由于7~8月为流域面上来沙,而9~10月来沙部分为河道冲刷补给。
2、黄河小北干流近期河道冲淤变化分析
黄河小北干流在自然条件下汛期多为淤积,非汛期一般发生冲刷。
近年来,由于黄河小北干流水沙条件更为不利,使河道淤积加剧,淤积主要集中于平水丰沙、含沙量相对较高的年份,主河槽淤积增加,滩地淤积减少,纵向淤积分布由溯源淤积变为沿程淤积。
2.1水沙条件更为不利,河道淤积加剧
黄河小北干流为堆积性河道。
三门峡建库前,该河段淤积量在~亿t之间变化;三门峡水库建库后,1960年9月至2003年10月,该河段共淤积泥沙亿m3,年均淤积约亿m3,且淤积还在不断发展。
三门峡建库后的1960年9月~1962年3月,受水库淤积上延的影响,导致潼关高程淤积抬高,黄河小北干流河段淤积泥沙达亿m3,黄淤41~45断面淤积最为严重。
1962年4月~1973年10月,为了减轻三门峡库区的淤积,对水库枢纽泄流建筑物进行了两次大改建,但由于前期淤积较多,而此间又发生了1964年、1966年、1967年、1970年等几个丰水丰沙年份,加上刘家峡水库1968年10月投入运用,改变了水沙条件,使该河段淤积泥沙达亿m3,黄淤45~50断面淤积最为严重。
1973年10月~1986年10月,由于三门峡水库采用蓄清排浑的运用方式以及有利的来水来沙条件,1977年又连续发生两次“揭河底”冲刷。
因而,该河段仅淤积泥沙亿m3,冲淤基本平衡。
1986年10月~1990年10月,由于黄河上游龙羊峡水库投入运用,龙、刘两库联合运用等因素的影响,黄河水量特别是汛期水量和大流量出现的机率大幅度减少,中小流量出现的历时加长,含沙量增加,水沙更为不协调,河道淤积增加,该河段淤积泥沙亿m3。
淤积主要集中在黄淤45~54断面及黄淤62~68断面,占全河段同期淤积总量的%。
1990年10月~2004年10月,由于黄河流域降水减少,工农业用水不断增加,汛期来水量显著减少,非汛期来水量变化不大,来沙系数增大,加剧了河道淤积,该河段淤积泥沙亿m3,年平均淤积量为亿m3,为1973年~2004年亿m3的倍,淤积仍主要集中在黄淤45~54断面及黄淤62~68断面,占全河段同期淤积总量的%。
2.2汛期多为淤积,非汛期一般发生冲刷
黄河小北干流在自然条件下汛期多为淤积,非汛期一般发生冲刷,汛期淤积量随含沙量的增大而增加,非汛期冲刷量随龙门站来水量的增大而增大。
1974~2003年,黄河小北干流河段汛期年均淤积亿m3,其中1974~1986年由于水沙条件有利,该河段基本冲淤平衡,汛期年均淤积亿m3:
1987~1998年汛期淤积最为严重,共淤积了亿m3,汛期年均淤积亿m3。
据有关资料统计分析,1987~1995年汛期(7~10月)年平均径流量亿m3,仅为1919~2005年汛期年平均径流量亿m3的%,但1987~1995年汛期年平均含沙量却高达50.8m3/kg,比1919~2005年汛期年平均含沙量46.0m3/kg还高:
1999~2003年进入枯水枯沙期,该河段汛期淤积了亿m3,汛期年均淤积亿m3。
黄河小北干流河段冲淤量统计表(单位:
亿m3)
时段
项目
非汛期
汛期
年
1974~1986
总量
年均冲淤量
1987~1998
总量
年均冲淤量
1999~2003
总量
年均冲淤量
1974~2003
总量
年均冲淤量
非汛期,黄河小北干流多年平均冲刷亿m3,冲刷量最多的是1975~1976年非汛期,冲刷量达亿m3;一般年份冲刷量为~亿m3,个别年份也会发生淤积,但淤积量不大。
1987年以来,黄淤50断面以下冲刷量减少,而上段冲刷量增加,特别是1999年以后从上向下冲刷量沿程减少的特点更加明显。
黄河小北干流不同时段非汛期冲淤量分布表(单位:
亿m3)
时段
黄淤41~45
黄淤45~50
黄淤50~59
黄淤59~68
1974~1986
1987~1998
1999~2003
2.3淤积主要集中于平水丰沙、含沙量相对较高的年份
近年来,该河段的淤积主要集中于平水丰沙、含沙量相对较高的年份。
如1988年和1994年,年平均水沙量及含沙量分别为亿m3、亿t、38.2kg/m3和亿m3、亿t、35.5kg/m3,年平均淤积量分别为亿m3和亿m3,这两年淤积量占1987年~2002年总淤积量的%。
黄河小北干流河段近期水沙量及冲淤量表
年份
水量
(亿m3)
沙量
(亿t)
含沙量
(kg/m3)
淤积量
(亿m3)
1987
1988
1989
345
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
平均
2.4主河槽淤积增加,滩地淤积减少
汛期,该河段的淤积主要发生在几次沙量较大的洪水。
如果洪水的含沙量不是很大,则洪水漫滩时,滩地淤积,主槽发生冲刷;如果洪水的含沙量很高(“揭河底”情况例外),则主槽和滩地均发生淤积,大水过后,水流归槽,主槽淤积。
滩地和主槽的这种相互调整和转化,形成了该河段滩、槽同步抬高的趋势。
如果高含沙洪水发生“揭河底”冲刷,则主槽强烈冲刷,滩地大量淤积,淤滩刷槽,形成高滩深槽。
近年来,由于进入该河段漫滩洪水发生的机遇明显减少,加之多年未产生“揭河底”冲刷,滩地淤积明显减少,淤积量占全断面淤积量的比例由1968年~1982年的%减少为%,主河槽淤积显著增加,淤积量占全断面的比例由1968年~1982年的%增加到%,从而导致该河段的滩槽高差减小,主河槽萎缩,过洪能力降低。
2.5纵向淤积分布发生变化,由溯源淤积变为沿程淤积
1960年4月~1973年10月,该河段的淤积主要集中于黄淤41-50断面的三门峡水库变动回水区,占全河段淤积量的%,其次为黄淤59~68断面、黄淤50~59断面;1973年10月~1986年10月,淤积主要集中于黄淤50~59断面,黄淤59~68断面淤积较少,黄淤41~50断面发生冲刷。
近年来,淤积主要集中在黄淤59~68断面,占全河段淤积量的%,其次为黄淤50~59断面、黄淤41~50断面,淤积形式也由溯源淤积变为沿程淤积,其主要原因是三门峡水库两次改建和采用“蓄清排浑”运用方式以后,潼关高程下降,其淤积分配形式已由受来水来沙条件和潼关高程的共同作用,变为主要受来水来沙条件的影响。
三门峡水库建库后黄河小北干流河段淤积量分布表(单位:
亿m3)
时段
黄淤41~50
黄淤50~59
黄淤59~68
全河段
~
~
~
~
近年来,黄河小北干流河段上段平均淤积厚度约1.4m,中段平均淤积厚度约1.0m,下段平均淤积厚度约为0.6m,上段平均淤积厚度是下段的2倍多,其结果使得该河段河床纵比降增加,河床纵剖面变陡。
2.6不同的来水来沙条件,塑造不同的河床形态
由于水沙条件的不同变化,导致河床不断发生冲淤变化,从而使河床比降和断面形态都随之进行调整。
当冲刷时,由于横向环流的作用,促使泥沙横向运动,原有河漫滩遭到旁蚀、坍塌,使河曲发展,平面呈现弯曲性河道。
当淤积时,往往旧河槽被淤平,又拓出新河槽,形成河道迁徙。
特别是大水大沙时,具有很强的造床能力,裁弯、抹尖作用强,将使河势发生大幅度的摆动,如1933、1940、1953、1959、1964、1966、1967及1977年等。
若遇高含沙洪水产生“揭河底”冲刷,河势将产生较大变化,往往塑造新的河槽。
如1977年,该河段相继发生了两次“揭河底”冲刷,河槽下切了4~6m,滩地淤高了1~2m,河槽变窄深,河相系数显著减小。
一般情况下,在“揭河底”冲刷前,由于河道淤积严重,河床宽浅,水流散乱,河势摆动较频繁。
在产生“揭河底”冲刷后,形成一定的滩槽高差,之后,如遇一般水沙年份,河势一般不会产生大的摆动。
近年来,由于水沙条件更为不利,淤积加剧,河床趋于宽浅,河相系数增大,各河段的河相系数已接近“揭河底”前1976年6月的数值。
黄河小北干流不同河段典型年河相系数表
河段
黄淤41~45
黄淤45~53
黄淤53~59
黄淤59~64
黄淤64~68
总之,黄河小北干流河段冲淤演变的基本规律是:
随着来水来沙条件的变化,河床调整存在一个往复性演变过程。
在一定的河床边界条件下,经过高含沙洪水产生“揭河底”冲刷,主槽强烈冲刷,滩地大量淤积,淤滩刷槽,滩槽高差增大,形成高滩深槽,河道在平面上大幅度摆动,河势趋于归顺,一般洪水漫滩机会减少,削峰滞洪能力减小。
自1950年以来,黄河小北干流河段共发生了9次“揭河底”,冲刷深度一般为2~4m,最深达9m(1970年8月)。
“揭河底”冲刷后,河床又回淤抬高,短则当年就回淤,长则需2~3年,河槽变宽浅,水流散乱,河势游荡摆动,河槽平滩流量和输沙能力降低,洪峰漫滩机会增大,削峰滞洪率增大,当河床调整达到临界状态时,在适宜的来水来沙情况下,再次发生“揭河底”冲刷现象。
这一周期性循环和河道往复性演变,孕育了该河段由淤积—强烈冲刷—淤积的周期性变化,但河床总的趋势是淤积抬高的。
这是该河段河床冲淤演变的基本规律。
3、河床冲淤变化的影响
近年来,由于水少沙多,水沙不协调,黄河小北干流河道淤积加剧,使河床不断淤积抬高,主河槽萎缩,滩槽高差减小,平滩流量和过洪能力降低,洪水位不断升高,洪水削峰率增大,洪水漫滩机率增加,工程临背差加大,滩地盐碱化严重,河势游荡加剧,冲滩塌岸严重,小水大险时有发生,潼关高程居高不下,严重影响防洪、防凌安全和河流健康。
3.1主河槽萎缩,过洪能力降低
由于河道淤积加剧,使滩槽高差减小,主河槽萎缩,过洪能力不断降低,洪水漫滩机率增加。
据有关资料分析,1964~1986年黄河小北干流河段多年平均平滩流量为6000~9000m3/s。
1986年以来,受上游水沙条件的变化,平滩流量明显降低,1986~2001年平滩流量多在3000~6000m3/s,个别河段的平滩流量减小至2000m3/s左右。
2005年汛后,黄河小北干流河段的平滩流量大部分在2600~3500m3/s,个别河段为4000m3/s左右,有的河段仅2000m3/s左右,
2005年黄河小北干流不同河段平滩流量表
河段
平滩流量
(m3/s)
备注
黄淤68~64
3500~4000
黄淤64~59
2600~3500
黄淤63、黄淤62断面平滩流量分别2600m3/s和2000m3/s。
黄淤59~54
2700~3500
黄淤54~50
2800~3500
黄淤50~45
3000~3500
黄淤47断面平滩流量2000m3/s。
黄淤45~41
2400~3500
汇淤6断面的平滩流量在2400m3/s,汇淤4断面的平滩流量约2000m3/s。
3.2洪水位不断抬高,洪水削峰率增大
近年来,黄河小北干流河道淤积,河床抬高,使同量级洪水位不断抬高。
如1994年8月黄河龙门站10600m3/s的洪水与1988年龙门站10200m3/s的洪水相近,但右岸桥南、榆林、新兴、华原、牛毛湾等工程的相应洪水位却分别抬高0.77m、1.07m、0.47m、0.86m、0.59m,左岸大石嘴、庙前、城西工程的相应洪水位分别抬高2.10m、0.54m和0.21m。
根据1950年以来黄河龙门站10000m3/s以上的多场洪水分析,黄河小北干流洪水削峰率主要与三门峡水库运用、河道淤积情况、洪峰大小、峰型胖瘦、平滩流量大小、漫滩程度、含沙量大小以及是否产生揭河底等因素相关。
一般情况下,河道淤积越严重、龙门洪峰越大、平滩流量越大,削峰率越大;反之则削峰率越小。
据有关资料统计分析,1950年~1959年三门峡建库前,黄河龙门站13100~16400m3/s洪水的削峰率在%~%之间,平均削峰率为%;1960年~1973年三门峡建库后,河道淤积严重,黄河龙门站10900~21000m3/s洪水的削峰率为22%~%,平均削峰率达%;1974年~1986年三门峡水库实行“蓄清排浑”运用,水沙条件较为有利,黄河小北干流相继发生了两次“揭河底”冲刷,黄河龙门站10600~14500m3/s洪水的削峰率为%~%,平均削峰率仅%;1987年~2006年黄河上游龙羊峡水库投入运用,来水量大幅度减少,水沙更为不协调,河道淤积加剧,削峰率增大,黄河龙门站10200~11100m3/s洪水的削峰率为%~%,平均削峰率达%。
3.3工程临背差加大,滩地盐碱化严重
由于河床不断淤积抬高,使工程临背差随之加大,现临背差多在1.50m以上,最大达3.35m,出现悬河之势。
右岸的朝邑滩、新民滩临背差已在2m以上,华原段达3m左右,造成滩区地下水位上升,沼泽盐碱化日趋严重。
华原至朝邑20万亩可耕滩地,已沼泽、盐碱化万亩,其中明水面积近万亩,左岸的尊村滩、西范滩、连伯滩临背差1~2m,沼泽面积近十万亩;有的变成白茫茫的不毛之地,有的仅能生长单一的碱蓬草,大片滩地荒芜。
3.4河势变化无常,主流摆动不定,各种灾害加重
黄河小北干流河段泥沙淤积不断加剧,河床冲淤变化剧烈,使河势变化无常,主流摆动不定,冲滩塌岸严重,直接危及沿河铁路、公路、渡口、村庄等安全。
据不完全统计,两岸近十年塌滩塌岸总长度为52.76km,塌宽一般为100~1000m,塌毁耕地面积为万亩。
右岸的韩城市下林皋、李村一带近几年塌滩较为严重,塌宽在1000~1500m。
近年来,合阳县的岔峪口、潼关县的潼河口一带滩岸仍不断坍塌。
近年来,因河道淤积严重,沙洲密布,汊流丛生,多股水流屡见不鲜,往往出现横河、斜河,冲击淘刷严重,使小水大险不断发生。
如2001年9月3日~24日,黄河龙门站流量仅为368~1130m3/s,黄河主流在合阳榆林护村工程与榆林下延工程之间形成斜河,不断坐湾淘刷,使其间长500m的滩岸接连溃退270多m,榆林下延工程上坝路坍塌长160余m,损失严重。
近年来,该河段的严重淤积导致河道排凌能力明显下降,凌灾不断发生。
1996年1月,由于河道淤积严重,水流散乱,出现冰塞壅水,河道流量之小(潼关封河流量仅180m3/s)、水位之高(潼关站水位达329.90m,为1973年以来该站非汛期水位最高值),冰情灾害之重(这次凌汛造成右岸受灾面积达17万多亩,万人受灾,直接经济损失达亿元),为历史罕见。
3.5潼关高程持续升高
潼关高程具有汛期降低,非汛期抬高,洪水冲刷、小水回淤的演变特点。
非汛期的淤积与来水来沙条件、前期河床条件及三门峡水库的运用水位等有关;汛期的冲刷主要取决于流量含沙量过程、洪量、洪水来源,以及前期淤积条件、平面河势等。
桃汛对潼关河床有明显的冲刷作用,桃汛期潼关高程的变化与来流量和潼关河段的水面比降有较好关系。
汛期潼关高程的冲刷幅度与来水量的大小密切相关。
以渭河为主的洪水一般对潼关河床产生冲刷,尤其是高含沙洪水冲刷幅度更大。
以龙门为主的洪水使潼关河床冲淤次数相近,高含沙洪水淤积较多。
1929年至2005年潼关高程累计升高7.43m,年均升高0.09649m。
三门峡水库建库前潼关断面呈现出非汛期淤积、汛期冲刷但总体上缓慢淤积的特征。
1929年至1960年潼关高程累计升高2.12m,年均升高0.0662m。
其中汛期平均每年冲刷0.316m,非汛期平均每年淤积0.353m。
1960年11月三门峡水库开始蓄水运用至2005年10月,潼关高程累计升高4.31m,年均升高0.0937m。
自1986年10月龙羊峡和刘家峡水库联合调度运用以来,黄河年来水量特别是汛期水量大幅度减少,1987~1995年来水来沙量分别比1919~1986年减少%、%;其中汛期减少%、%;汛期与非汛期年内来水比例发生变化,再加上上游工农业用水急剧增加及降雨偏少等因素的影响,使潼关高程汛期的降低不足以平衡非汛期的升高。
因而,潼关高程持续抬升,至2005年汛后潼关高程为327.75m。
参考文献
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2、黄河勘测规划设计有限公司.黄河禹门口至潼关河段近期治理工程可行性研究报告
3、黄河防汛总指挥部办公室.利用桃汛洪水冲刷降低潼关高程试验预案
4、杨丽丰,张永杰.黄河禹潼河段近期冲淤特性分析
5、屠新武.黄河小北干流冲淤变化及洪水演进分析
6、张晓华,潘贤娣等.黄河中游干流泥沙组成规律
作者单位:
黄河小北干流陕西河务局